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Lab29: FreeRTOS

預期目標

  • 配合 Week #5 進度
  • 在 QEMU 模擬的 STM32 環境中，嘗試執行 FreeRTOS 並且學習相關的操作
    • 熟悉 FreeRTOS 的內部運作機制
    • 實地練習 Multi-tasking 程式設計
  • 學習 ARM semihosting

FreeRTOS

  • The Architecture of Open Source Applications: FreeRTOS
  • 已整合檔案系統到 FreeRTOS 中，並可在 UART 顯示檔案系統 (romfs) 中的內容
  • 測試方式
    • cd ~/workspace
    • git clone git@github.com/embedded2014/freertos.git

    • 或者: git clone git://github.com/embedded2014/freertos.git

    • cd freertos
    • make
    • make qemu
    • 按下 Ctrl-Alt-2 切到 serial
    • 輸入 “help” 可見已實作的 shell command
      • ps
      • mmtest
      • host
        • 輸入 host ls 並觀察 host 端終端機的畫面

ARM Semihost

  • 使用 ARM 所開發的目標系統 (target system)，不一定會提供所有的輸入/輸出設備。因此 ARM 設計了 semihost 這種機制，讓運行 ARM debugger 的主機可以與目標系統進行 I/O 溝通，以利產品開發
    • http://albert-oma.blogspot.tw/2012/04/semihosting.html
  • Semihost 的實作是透過使用定義好的軟體中斷 (SVCs)，使程式在執行過程中產生中斷。一旦目標系統上的程式呼叫到對應的指令 (semihosting call)，便產生軟體中斷，接著 Debug Agent 就會負責處理此中斷，進行與主機的溝通
    • http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.dui0205g/Bgbjhiea.html
  • FreeRTOS extensions: https://github.com/hugovincent/mbed-freertos
    • lib/semifs.c
    • mbed (mbed.org) target supports semihosted local filesystem, accessible via the mbed USB interface. Should also work with semihosting-compatible debuggers.
  • QEMU ARM semihosting
    • http://balau82.wordpress.com/2010/11/04/qemu-arm-semihosting/

qemu-semihost 操作

  • cd ~/workspace
  • git clone git://github.com/embedded2013/qemu-semihost.git
  • 或者 git clone git@github.com/embedded2013/qemu-semihost.git # 如果上一行失敗
  • cd qemu-semihost
  • ./test.sh

參考執行畫面:

Memory Management

FreeRTOS: Memory management

  • Memory Management
  • The RTOS kernel allocates RAM each time a task, queue, mutex, software timer or semaphore is created. The standard C library malloc() and free() functions can sometimes be used for this purpose, but …
    • they are not always available on embedded systems,
    • they take up valuable code space,
    • they are not thread safe, and
    • they are not deterministic (the amount of time taken to execute the function will differ from call to call)
  • 檢查 freertos 目錄的 Makefile，目前使用 $(FREERTOS_SRC)/portable/MemMang/heap_1.c，可更換為 heap_ww.c

hack-malloc

  • 簡易 malloc/free 測試程式，以亂數指定若干不同大小的 memory region，持續進行 malloc 和 free 操作
  • git clone git@github.com/embedded2013/hack-malloc.git
    • 或 git clone git://github.com/embedded2013/hack-malloc.git
  • cd hack-malloc && make
  • ./tryit # Ctrl-C 停止輸出
  • 參考畫面輸出：

.. code-block:: prettyprint

tryit.c 68: try to allocate 1648 bytes
tryit.c 70: malloc returned 0x61595c
allocate a block, size 1648
tryit.c 68: try to allocate 1582 bytes
tryit.c 70: malloc returned 0x615fe8
allocate a block, size 1582
tryit.c 68: try to allocate 1037 bytes
tryit.c 70: malloc returned (nil)
free a block, size 1648
tryit.c 68: try to allocate 1815 bytes
tryit.c 70: malloc returned (nil)
free a block, size 1582

參考設計要求

  • 在 FreeRTOS 中建立新的 task，定期將系統資訊 (參考 shell.c [ps_command]) 透過 ARM semihosting 存放到 host 端檔案系統的 sysinfo 檔案
  • 在 shell 中建立新指令 dumpsys (後方接 task ID)，可將指定的 task control block 輸出到 host 端檔案系統的 sysinfo 檔案，並且撰寫 host 端分析工具
    • 提示: 回想之前 program loader 如何實作
    • 提示: 透過 GDB 的 dump/restore 命令 可自動化此操作
  • 學習既有的 mmtest，試著作壓力測試

作業繳交方式

  • 更新作業提案到共筆網站: Lab 29 / 作業共筆，需要標注自己的 ID
  • 在 Mar 28 前，將符合作業提案的程式碼，提交到自行 fork 的 repository
    • https://github.com/embedded2014/freertos
    • 注意: 要記得 fork freertos